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Es kommt einfach darauf an wie die GPS-Satelliten gerade stehen, ob Hindernisse die Signale verfälschen und natürlich auch vom GPS-Empfänger. Mit einem aktuellen GPS-Empfänger - also auch unseren Solmeta und Dawntech Geotaggern - kann man unter optimalen Voraussetzungen eine statistische Genauigkeit von etwa 3 m erreichen.

Gute Bedingungen (geringe Abschattung)	Schlechte Bedingungen (hohe Abschattung)

Dazu sollte der GPS-Empfänger jedoch einfache Korrektursignale verarbeiten können. Das erledigen die aktuellen Geräte zumeist automatisch, wenn ein Korrektur-Signal verfügbar ist. Diese Signale kommen von zusätzlichen Satelliten und helfen ionosphärische Störungen (dazu unten mehr) grob zu korrigieren. Diese "Hilfssatelliten" kreisen nicht wie die GPS-Satelliten um die Erde, sondern sind geostationär. So gibt es WAAS für Nordamerika (Wide Area Augmentation System) bzw. EGNOS für Europa (European Geostationary Navigation Overlay Service) sowie MSAS für Asien (Multi-Functional Satellite Augmentation System). Ausserhalb dieser Regionen gibt es derzeit keine solchen Korrektursignale. Dann ist die statistische Genauigkeit eben vielleicht nur bei 7-10m.

Abschattungen und Mehrwegeffekte

Generell ist in Städten, in Tälern und Wäldern mit einer schlechteren Genauigkeit zu rechnen, da zum einen weniger Satelliten zu empfangen sind (Abschattung) und zum anderen die verwertbaren Satelliten meist recht senkrecht über einem stehen (Schlechte DOP). Der kleine sichtbare Ausschnitt Himmel in einem Hinterhof macht das sehr deutlich. Dies verringert die Laufzeitunterschiede der GPS-Signale auf deren Vergleich das GPS-Prinzip basiert. Hinzu kommen so genannte Mehrwegeffekte (Multipath) durch Reflexion von Signalen.

Vermesser bedienen sich darum kostenpflichtigen Korrekturdiensten wie SAPOS über Funk. Damit sind, mit ein paar Kniffen, statistische Genauigkeiten von unter einem Zentimeter möglich. Die entsprechenden Geräte liegen derzeit in einem Preissegment von mehreren tausend bis zehntausenden Euro. Hinzu kommen die Kosten für den Korrekturdienst. Und bei schlechten Empfangsverhältnissen hilft das auch nicht weiter ...

Und jetzt für die, die es genauer wissen wollen ...

Es gibt verschiedene Faktoren die eine GPS-Messung ungenau machen. Die zwei wesentlichen Faktoren sind:

• Der erste Faktor sind Störungen in der Ionosphäre.
• Der zweite die Verteilung der Satelliten am Himmel.

Störungen der Ionosphäre

Die Störungen durch die Ionosphäre hängen im wesentlichen von der Sonneneinstrahlung ab. Die Ionosphäre ist eine atmosphärische Schicht im Bereich von ca. 60-1000 km oberhalb der Erde. Die Sonneneinstrahlung ionisiert die Gasmoleküle in dieser Schicht tagsüber stark. Dies verlangsamt die GPS-Signale die sich ideal (im Vakuum) mit Lichtgeschwindigkeit ausbreiten würden. Durch die Ionosphäre ist die Ausbreitungsgeschwindigkeit der Satellitensignale also nicht mehr konstant. Die Ionisierung durch den Tageslauf der Sonne zeit- , ortsabhängig und somit inhomogen. Am Tag und am Äquator ist sie am stärksten. Hochwertige GPS-Lösungen aus dem Vermessungssektor nutzen Korrekturdaten von fixen Messstationen die den Fehler hochgenau berechnen. (z.B. SAPOS).

Verteilung der GPS-Satelliten und die DOP

Der so genannte DOP-Wert ist gutes Maß für die zu erwartende Genauigkeit einer GPS-Messung. Er spiegelt die Verteilung der nutzbaren Satelliten am Himmel wieder. Dabei gilt: Je größer das eingeschlossene Volumen ist ,umso kleiner ist der DOP-Wert. (Abbildungen aus: GPS und GNSS: Grundlagen der Ortung und Navigation mit Satelliten von Herrn Professor Zogg).

Moderne GPS-Empfänger suchen sich bei mehr als vier sichtbaren Satelliten automatisch  jene Vierer-Konstellation mit der kleinsten DOP aus.

Die Verteilung der GPS-Satelliten ist ein oft unterschätzter Faktor, der gerne vereinfacht als Sichtbarkeit (engl. visabiility) benannt wird. Hier rührt wohl auch die nicht auszurottende Legende her, dass Bewölkung die GPS-Messung erschweren würde. Schließlich ist die Sicht durch Wolken eingeschränkt, oder? Zum Glück ist dies nicht der Fall. GPS-Signale arbeiten nicht in unserem sichtbaren Spektrum. Eine Wolkendecke oder Niederschlag stören den GPS-Empfang minimal. 

Fassen wir Zusammen: Viel mehr sind es also die Stellung der Satelliten und Abschattungen durch feste Objekte (Berge, Häuser, ...) die einen großen Einfluss auf die GPS-Genauigkeit haben. Die resultierende Ungenauigkeit kann als Dilution of Precision oder DOP ausgedrückt werden (etwa: "Verdünnung der Genauigkeit". Der DOP ist keine  mythische Zahl, sondern eine sinnvolle und praktische Hilfsgröße für jeden GPS-Empfänger.

Der Text Dilution of Presicion -Wie genau ist’s denn nun? von Herrn Professor Zogg aus dem NAVI-Magazin 1-2/2008 veranschaulicht auf sehr verständliche Weise wie der DOP-Wert zustande kommt. Ein Artikel der sich lohnt!

Faustregeln für die Interpretation der DOP-Werte:

• Je besser die Satelliten über den Himmel verteilt sind, desto besser (siehe Abbildung: Volumen des Tetraeders).
• Je niedriger der DOP-Wert, desto besser.
•  Verdopplung des DOP = Verdopplung der Ungenauigkeit der GPS-Ortung (vereinfacht)
  
• DOP-Werte unter 3 sind gut!
• Auf dem flachen Land sind DOP-Werte über 3 selten.
• In Straßenschlucht oder einem engen Tal sind viele theoretisch empfangbare GPS-Signale abgeschattet. Die verwertbaren Signale kommen von relativ senkrecht über dem Empfänger stehenden Satelliten. Der DOP -Wert steigt tendenziell stark an.
• Die GPS-Satelliten bewegen sich ständig. Der DOP ändert sich also stetig.

Ein typischer Tageslauf der DOP

Ein typischer Tageslauf der DOP ohne Abschattung. 

• Die Schwankungen sind gut sichbar.
  
• Die schlechtesten DOP-Werte sind kleiner 2 (ca. 21:00 Uhr).
  
• Es ist also durchgängig mit guten Messungen zu rechnen.
  

Und nun das Diagramm mit einer gedachten Abschattung durch eine Hochhaus im Südwesten (180°-270°) sowie niedrige Hindernisse rundherum:

• Die Schwankungen nehmen extrem zu!
• Immer wieder verhindern extrem schlechte DOP-Werte von über 20 (!) eine gute GPS-Messung
• Die Maximalwerte des obigen Diagramms ohne Abschattung, werden fast durchgängig erreicht!
  

Abbildungen aus: GPS und GNSS: Grundlagen der Ortung und Navigation mit Satelliten von Herrn Professor Zogg

Fazit

• Die Faktoren für die GPS-Messung ändern sich mit zunehmender Abschattung extrem.
• Die Faktoren für die GPS-Messung ändern sich ständig und das von Minute zu Minute!
• Eine Genauigkeitsangabe kann also nur ein statistischer Wert sein.
• Pauschale Aussagen wie: "Dieser GPS-Empfänger misst auf x Meter genau" sind grober Unfug.
• Ein geringer Standortwechsel kann die Abschattung und somit die Messungen extrem beeinflussen.

Wer es jetzt noch genauer Wissen möchte sei auf die Website von Herrn Professor Zogg und seinen Text GPS und GNSS: Grundlagen der Ortung und Navigation mit Satelliten verwiesen.

Wie lange braucht ein GPS-Empfänger zum Starten? Kaltstart? Warmstart?